孫雪蓮

（新疆大學(xué)a.經(jīng)濟與管理學(xué)院b.科學(xué)技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046）

區(qū)域自然資源-經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

孫雪蓮a,b

（新疆大學(xué)a.經(jīng)濟與管理學(xué)院b.科學(xué)技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046）

以新疆為例，從系統(tǒng)基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應(yīng)力及其他系統(tǒng)的影響四個維度出發(fā)考慮警情，構(gòu)建初始預(yù)警指標(biāo)體系。并利用主基底方法，在保證原始變量信息損失盡可能小的前提下，排除初始指標(biāo)體系中存在的大量冗余信息，對初始指標(biāo)體系進(jìn)行了簡化，克服了變量之間的多重相關(guān)性。

指標(biāo)體系；可持續(xù)發(fā)展；主基底

0 引言

改革開放至今，中國經(jīng)濟保持了持續(xù)的快速增長，1978～2010年GDP平均增長率達(dá)到9.89%，經(jīng)濟發(fā)展取得了巨大成就。但是粗放的經(jīng)濟增長方式，導(dǎo)致了自然資源的大量消耗，經(jīng)濟發(fā)展所面臨的自然資源約束越來越強。在此背景下，將自然資源系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)看成是一個復(fù)合系統(tǒng)，從預(yù)警的角度，研究該復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展問題，具有重要的實踐與理論意義。

對于可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的構(gòu)建，相關(guān)研究已經(jīng)取得了豐富的研究成果，但是還需要進(jìn)一步的完善。首先，由于不同區(qū)域的發(fā)展特點不同，針對不同區(qū)域特點，應(yīng)加強區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的研究。同時，要更加關(guān)注指標(biāo)體系的系統(tǒng)性，簡明性，對指標(biāo)的篩選應(yīng)加強定量分析方法與定性分析方法的結(jié)合應(yīng)用，現(xiàn)有的指標(biāo)體系的構(gòu)建方法大多欠缺定量分析，指標(biāo)體系過于龐雜，往往會存在大量冗余信息，導(dǎo)致難以實際操作。從預(yù)警角度建立可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的研究雖然很好地關(guān)注了區(qū)域?qū)用?，但是研究對象卻大多集中在單一系統(tǒng)、單一資源上，對于自然資源與經(jīng)濟系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)注的研究文獻(xiàn)不多。

本文借鑒文獻(xiàn)[1]的研究結(jié)論，以系統(tǒng)為視角，構(gòu)建區(qū)域“自然資源-經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的預(yù)警指標(biāo)體系，將定性分析與定量分析相結(jié)合，對指標(biāo)體系的冗余信息進(jìn)行了刪除，確保了指標(biāo)體系的簡明性與可操作性。

1 初始指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 指標(biāo)體系的設(shè)計思路

從動態(tài)觀點看，可持續(xù)發(fā)展能力是復(fù)合系統(tǒng)的一種運行狀態(tài)。系統(tǒng)具備層次結(jié)構(gòu)性，“自然資源-經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)可以分成自然資源子系統(tǒng)（自然資源子系統(tǒng)，又可以進(jìn)一步分為資源子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)。）和經(jīng)濟子系統(tǒng)。要描述兩個子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力，提出預(yù)警，就需要尋找和選擇一批變量（指標(biāo)），來表述系統(tǒng)的元素以及元素之間相關(guān)關(guān)系的特性。在系統(tǒng)論中，稱這些變量為狀態(tài)變量，能夠正確區(qū)分和描述這些狀態(tài)，就算把握了系統(tǒng)。嚴(yán)格意義上說，無論是自然資源子系統(tǒng)還是經(jīng)濟子系統(tǒng)，其系統(tǒng)的復(fù)雜性都決定了他們的狀態(tài)變量是N維，乃至無窮維的。為了簡化研究系統(tǒng)，對狀態(tài)變量往往選取起主導(dǎo)影響作用的變量，盡可能的去構(gòu)建完備變量集。

本文以系統(tǒng)的需求為目標(biāo)導(dǎo)向構(gòu)建預(yù)警指標(biāo)體系。一個系統(tǒng)要想生存和可持續(xù)發(fā)展，必須與它的生存環(huán)境相互協(xié)調(diào)。因此，從系統(tǒng)所處的外在環(huán)境入手，針對系統(tǒng)的四個主要需求構(gòu)建指標(biāo)體系。本文以新疆為例，從系統(tǒng)生存基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應(yīng)力及其他系統(tǒng)的影響四個維度考慮警情，通過參照大量權(quán)威研究文獻(xiàn)，采用定性化方法對指標(biāo)進(jìn)行了高頻篩選，構(gòu)建了初始區(qū)域“自然資源-經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預(yù)警指標(biāo)體系（見下表），并選取了2000～2009年10年的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步對該指標(biāo)體系進(jìn)行了定量化篩選，排除了指標(biāo)體系的冗余信息。統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來自2001～2011年的《新疆統(tǒng)計年鑒》、《新疆50年》、《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》，個別缺省數(shù)據(jù)，采用了平均值法進(jìn)行補充。

1.2 有關(guān)指標(biāo)的測算說明

1.2.1 水資源負(fù)載指數(shù)測算說明

水資源負(fù)載指數(shù)反映水資源的利用程度，可以對今后水資源開發(fā)的難易程度提出預(yù)警，在干旱和半干旱地區(qū)多利用區(qū)域降水、人口和農(nóng)業(yè)灌溉面積這3個數(shù)據(jù)與水資源量值間的關(guān)系來表示。但是在新疆經(jīng)濟跨越式發(fā)展的背景下，農(nóng)業(yè)灌溉面積并不能完全反映地區(qū)水資源的實際利用情況，本文參照文獻(xiàn)[1]，采用國內(nèi)生產(chǎn)總值代替農(nóng)業(yè)灌溉面積指標(biāo)。將水資源負(fù)載指數(shù)定義為衡量區(qū)域水資源對人口，經(jīng)濟規(guī)模的負(fù)載程度的指標(biāo)。計算公式如下：

其中，C為水資源負(fù)載指數(shù)；P為人口數(shù)量(萬人)，G為國內(nèi)生產(chǎn)總值（億元）；W為水資源總量（億立方米）；K為與降水有關(guān)的系數(shù)。K的具體取值如下：

R為降水量，單位為mm。

根據(jù)上述水資源負(fù)載指數(shù)的計算理論，可以計算得出新疆2000～2009年的水資源負(fù)載指數(shù)，見下表：

全國尺度水資源負(fù)載指數(shù)分級評價標(biāo)準(zhǔn)見表3：

由計算結(jié)果可以看出，新疆水資源的負(fù)載指數(shù)呈上升趨勢。2003年以后，新疆水資源開發(fā)利用程度屬于第三級別，即開發(fā)條件中等。

1.2.2 二氧化碳排放量的測算說明

二氧化碳排放主要來自化石燃料燃燒及水泥制造等生產(chǎn)過程，根據(jù)世行報告，化石燃料燃燒的碳排放占到總排放量的70%以上。本文根據(jù)新疆能源消費的特點，參照文獻(xiàn)[4],選擇煤炭、石油、天然氣這三種消耗量較大的一次能源為基準(zhǔn)來核算。

根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的推薦值，原煤的二氧化碳排放因子定為2.4567噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤；根據(jù)IPCC(2006)文件提供的二氧化碳排放系數(shù)，原油的二氧化碳排放因子定為2.145噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣的排放因子為1.642噸二氧化碳/噸標(biāo)準(zhǔn)煤。原煤、原油和天然氣的折標(biāo)煤系數(shù)分別為0.7143噸標(biāo)準(zhǔn)煤/噸、1.4286噸標(biāo)準(zhǔn)煤/噸、13.300噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬立方米。原煤、石油、天然氣的消費數(shù)據(jù)來自歷年新疆統(tǒng)計年鑒。計算得新疆2000～2009年的二氧化碳排放量為：

表1 自然資源-經(jīng)濟復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預(yù)警指標(biāo)體系

2 對初始指標(biāo)體系的定量化篩選

本文利用主基底分析方法，對初始指標(biāo)體系中每個子系統(tǒng)的變量進(jìn)行了篩選，以剔除重復(fù)信息和冗余變量。

3.1 基于主基底分析的變量篩選方法原理[3]

表2 新疆2000～2009年水資源負(fù)載指數(shù)

表3 水資源負(fù)載指數(shù)分級評價標(biāo)準(zhǔn)[2]

表3 二氧化碳排放量 (單位：萬噸)

基于主基底分析的變量篩選步驟如下：

對于一組秩為s(s≤p)的變量集合 x1,x2,…xp，可以采用“最大方差法”得到它的主基底。

（1）將x1,x2,…xp做標(biāo)準(zhǔn)化處理；

（3）分 別 將 剩 余 變 量 x2,x3,…xp與 z1做Gram-Schmidt變換，得到備選的變量集合

（7）重復(fù)以上過程，直至經(jīng)Gram-Schmidt變換后，得到s個相互正交的向量z1,z2,…zs，其所對應(yīng)的關(guān)聯(lián)變量為x1,x2,…zk，即為篩選出來簡約變量集合。

采用上述方法篩選出來的簡約變量集合，可以排除初始變量集合中由于多重相關(guān)性導(dǎo)致的冗余信息（即被變成0的那些向量），同時保留了初始變量集合全部的凈信息，對初始變量集合最具有代表性。在實際操作中，不必選擇全部s個關(guān)聯(lián)變量，通常認(rèn)為Var(zk)?0.2時，所攜帶的凈信息含量就已經(jīng)非常少了，這時可以選擇為簡約變量集合?？梢愿鶕?jù)實際需要，靈活地選擇0.2或0.2以下的適用數(shù)值作為簡約變量選擇的依據(jù)。

2.2 簡約指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.2.1 各子系統(tǒng)的變量篩選首先考察水資源子系統(tǒng)的19個原始變量，其171個相關(guān)系數(shù)中，有51個相關(guān)系數(shù)大于等于0.8，接近總數(shù)的1/3，可見變量之間存在嚴(yán)重的多重相關(guān)性，會干擾系統(tǒng)評價結(jié)果的客觀性。以下采用基于主基底的變量篩選方法構(gòu)建簡約指標(biāo)體系。

首先對指標(biāo)做正向化、標(biāo)準(zhǔn)化處理，其中，對逆向指標(biāo)采用了取倒數(shù)的處理方法，標(biāo)準(zhǔn)化采用了z-score方法，標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本平均值為0，方差為1。

其次，選擇第一個主基底變量z1，由于

所以第一個主基底變量Z1=A18，對應(yīng)的原始變量為水資源負(fù)載指數(shù)。

最后，將剩余變量按照主基底分析的程序進(jìn)行篩選，最終共有8個主基底被保留下來，對應(yīng)的 關(guān) 聯(lián) 變 量 依 次 為 A18、A10、A16、A9、A15、A8、A11、A19。

主基底變量的方差Var(zi)及所攜帶的凈信息含量比重RNI見下表：

表4 主基底變量的方差及所攜帶的凈信息含量比重

原變量集合的凈信息總量為5.2595，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的97.98%，具有非常好的代表性。篩選后的變量間的相關(guān)系數(shù)矩陣如表5所示：

表5 篩選后的水資源子系統(tǒng)的指標(biāo)相關(guān)系數(shù)

從表5可以看出，篩選后的變量中，相關(guān)系數(shù)的最高值為0.769，沒有強相關(guān)的變量存在，不存在干擾評價客觀結(jié)論的冗余信息。

同理，土地資源系統(tǒng)篩選后的變量為 B1、B5、B8、B9、B11、B12、B13，原變量集合的凈信息總量為4.829，篩選出來的簡約變量集合所包含的信息總量占凈信息總量的98.95%。篩選后的指標(biāo)體系中，僅有一組變量的相關(guān)系數(shù)超過0.8。

能源系統(tǒng)篩選后的變量為 C2、C4、C6、C8、C9、C12、C14、C15、C20、C22,凈信息含量為100%。篩選后的指標(biāo)體系中，僅有一組變量的相關(guān)系數(shù)超過0.8。

環(huán)境資源系統(tǒng)篩選后的變量為 D8、D9、D10、D11、D12、D13其累積凈信息含量比達(dá)到99.09%。篩選后的指標(biāo)體系中，僅有兩組變量強相關(guān)，分別為D8與Dg10、Dg9與D10，其他變量均為弱相關(guān)。

表6

經(jīng)濟系統(tǒng)篩選后的變量為 E2、E3、E4、E8、E10、E11、E12、E14、E17、E18，凈信息含量為100%。

2.2.2 簡約指標(biāo)體系的構(gòu)建

通過上述指標(biāo)體系的定量化篩選，構(gòu)建出新疆“自然資源-經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的預(yù)警簡約指標(biāo)體系。見表6。

篩選后的指標(biāo)體系指標(biāo)個數(shù)減少到了41個，僅為原指標(biāo)體系的指標(biāo)個數(shù)的45%，極好地排除了冗余信息量，同時對原指標(biāo)體系也具有很好的代表性。

3 結(jié)論

本文以系統(tǒng)的需求為目標(biāo)導(dǎo)向，從系統(tǒng)基本健康狀況、系統(tǒng)運行效率、系統(tǒng)適應(yīng)力及其他系統(tǒng)的影響四個維度出發(fā)考慮警情，通過對權(quán)威文獻(xiàn)高頻指標(biāo)的篩選，構(gòu)建出初始區(qū)域“自然資源-經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展預(yù)警指標(biāo)體系，并利用主基底方法，對上述指標(biāo)體系進(jìn)行了約簡，最終得到了一個僅有41個指標(biāo)的預(yù)警指標(biāo)體系，即保證了對原指標(biāo)體系凈信息量的代表性又很好地排除了冗余信息，為進(jìn)一步提供客觀的預(yù)警研究結(jié)論奠定了良好基礎(chǔ)。

[1]張丹，封志明，劉登偉.基于負(fù)載指數(shù)的中國水資源三級流域分區(qū)開發(fā)潛力評價[J].資源科學(xué)，2008,30(10).

[2]王惠文.變量多重相關(guān)性對主成分分析的危害[J].北京航天航空大學(xué)學(xué)報，1996,22（1）.

[3]王惠文，儀彬，葉明.基于主基底分析的變量篩選[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008,34（11）.

[4]South Pacific Applied Geosciences Commission.United Nations Environ?ment Programme.Building Resilience in SIDS：the Environmental Vul?nerability Index[EB/OL].http：//www.vulnerabilityindex.net/index.htm，2005.

F222

A

1002-6487（2013）14-0021-04

孫雪蓮（1980-），女，山東臨沂人，博士研究生，講師，研究方向：可持續(xù)發(fā)展。

（責(zé)任編輯/亦 民）